Производство костяного фарфора

    Флюсів дію  плавнів обумовлено їх низькою  температурою плавлення або здатністю  утворювати з іншими компонентами  маси легкоплавкіевтектики.

    Калієві польові  шпати (ортоклаз) відповідають формулі  К20 • Аl2О3 • 6Si02, натрієві (альбіта) - Na2O • Аl2О3 • 6Si02, кальцієві (анортита) - СаО • Аl2О3 • 6Si02. Менш відомі і рідше зустрічаються літієвий польовий шпат (сподумен) Li20 • Аl2О3 • 4Si02 і барієві польові шпати (цельзіани) - ВаО • Аl2О3 • 6Si02.

    Ці мінерали  рідко зустрічаються в чистому  вигляді, зазвичай вони змішані  один з одним у твердих розчинах. У керамічні маси воліють вводити  калієвий польовий шпат, як утворює  при плавленні більш в'язкий  розплав, і тим самим сприяє  збереженню форми виробу в  випалюванні. Температура плавлення  чистого альбіта - 1118 ° С, ортоклаза - 1170 ° С, анортита - 1550 ° С. Флюсів дію польових шпатів в керамічній масі проявляється з 900 ° С, подальше підвищення температури веде до розчинення в розплаві каоліну і кварцу.

Пегматіти в даний час є основним замінником польових шпатів у виробництві тонкої кераміки. Пегматіти містять у своєму складі 60-70% польових шпатів, 25-30% кварцу, деяка кількість слюди та інших мінералів. Наявність слюди слюди в пегматитах нерідко призводить до утворення «мушок», що псують зовнішній вигляд беложгущіхся виробів. Тверді розчини альбіта і анортита утворюють групу плагиоклазов. Плагіоклази можуть частково замінити в складі порцеляни ортоклаз, але повідомляють порцеляні менший інтервал спікання і здатність легко деформуватися в випалюванні.

     Перліти - порода  вулканічного походження, що містить  70-75% SiO2; 0,5-2% Fе203; 1-2% CaO; 0,1-1,3% МgО, 50,8% лужних оксидів. Перліт порівняно недавно застосовується в якості замінника польових шпатів в тих випадках, коли не потрібно висока білизна керамічних виробів.

     Тальк - гідросилікат магнію 3МgО • 4Si02 • Н2О з щільною структурою, званий жировиком. Освіта в природі пов'язане з дією на доломіт CaСO3 • МgСO3 лужних розчинів, що містять СО2 і Si02. Вогнетривкість тальку 1490-1510 ° С. Застосовують тальк у виробництві вогнетривких і термостійких виробів.

     Оксиди кальцію  і магнію вельми вогнетривкі  2600 і 2800 ° С відповідно, але  перебуваючи в тонко подрібненому  вигляді, при температурі вище 1000 ° С утворюють легкоплавкіевтектики з іншими компонентами керамічної маси і сприяє спікання черепка. Слід зауважити, що такі маси мають малим інтервалом спікання, вироби з них легко деформується в випалюванні. Обоження ж до 1000 ° С вапняні маси володіють зниженою механічною міцністю.

    Карбонати кальцію  і магнію використовують як  флюсующие добавки в кам'яних і порцелянових масах, а також у глазурях. Введення їх до складу керамічних мас у вигляді доломіту (СаСО3 • MgCO3) посилює флюсів дію.

    Введення отощающих матерілов в шихту фарфорових та фаянсових мас дозволяє регулювати технологічні властивості формувальних мас і ливарних властивостей шликера, а також отримувати вироби із заданими властивостями. Отощающие матеріали знижують пластичність і усадку мас при сушці і випаленні. Їх вводять в керамічні маси для регулювання їх структурно-механічних і технологічних властивостей.

    В якості природних отощающих матеріалів використовують кварц жильний мелений, кварцовий пісок, кварцові відходи збагачення каолінів, а штучних - шамот і дегідратованої глину. Шамот - розмелений бій обпалених неглазурірованной виробів або керамічний матеріал, що отримується випаленням глин і каолінів при температурі не нижче 800 ° С. Дегідратірованной глина - це глина, обпалена до температури 700-750 ° С, при якій вона втрачає хімічно зв'язану воду.  Зміст отощающих матеріалів в масах доходить до 40%.

    Кремнезем Si02, який утворює кварцові породи, при випалюванні зазнає поліморфні  перетворення, переходить з однієї  кристалічної форми в іншу. Ці  переходи супроводжуються зміною  обсягу кварцу, що необхідно враховувати  при виборі режиму випалу та  охолодження, так як це оборотні  процеси.

    Кремнеземисті  матеріали, використовувані для  виробництва фарфорових та фаянсових  виробів, повинні містити не  більше 0,2% оксиду заліза і не  менше 95% Si02 для 1 сорту.

1.3 Матеріали, що застосовуються у виробництві глазурі, їх роль і    характеристика

     Глазур'ю називається тонкий (0,1-0,3 мм) склоподібний шар, нанесений на поверхню керамічного виробу і закріплений на ній випалюванням. Глазурі (емалі) оберігають керамічні вироби від забруднення і дії кислот і лугів, надають їм декоративність, знижують волостійкість. Правильно підібрана глазур підвищує міцність керамічних виробів. Глазур застосовують у вигляді суспензії, що містить тонкомолоті компоненти, нерозчинні у воді. Суспензію наносять на поверхню виробу, яке потім піддають високотемпературній обробці; при цьому на поверхні виробу утворюється тонке склоподібне покриття. Глазурного суспензію готують із сировини з мінімальним вмістом домішок. Основні компоненти глазурної суспензії: кварц, польовий шпат, каолін, тобто ті ж види сировини, що і для приготування керамічних мас, тільки кількість легкоплавких компонентів (польовий шпат та ін) в глазурях більше, ніж у керамічних масах. Основний склоутворюючий оксид - кремнезем SiO2 - вводиться до складу глазурі у вигляді кварцу, кварцового піску, а також з пегматитів, каоліном і глиною. Збільшення вмісту кремнезему в глазурі знижує температурний коефіцієнт лінійного розширення (ТКЛР) глазурного шару, збільшує механічну міцність, підвищує температуру плавлення і в'язкість глазурі. Оксид алюмінію Аl2О3 (глинозем) вводять до складу глазурі з глиною, каоліном, польовим шпатом і Пегматіти.

      Введення  глинозему до складу глазурі  підвищує її в'язкість, еластичність, знижує схильність до мікроскопічним  тріщинах («Цеку») і ТКЛР, покращує пружність і хімічну стійкість, збільшує стійкість до дії високих температур, але погіршує розлив глазурі, тобто рівномірний розподіл глазурі по поверхні виробу. Оксид бору В2О3 вводиться до складу глазурі у вигляді бури Na2B4O7 • 10Н2О або борної кислоти Н3ВО3, які надають глазурі блиск, знижують кислотостійкість і схильність до «Цеку», підвищують термостійкість і зменшують ТКЛР глазурі. Діоксид титану, що вводиться до складу глазурі у вигляді рутилу ТiO2, сприяє кристалізації, знижує прозорість глазурі, підвищує хімічну стійкість.      Діоксид титану добре взаємодіє з кремнеземом і лужними оксидами, сприяючи утворенню склоподібної фази. Діоксид цирконію, що вводиться до складу глазурі у вигляді цирконового концентрату ZrO₂ • SiO₂ з вмістом ZrO₂ 60%, знижує схильність глазурі до «Цеку», підвищує її термостійкість, при використанні у великих кількостях знижує прозорість глазурі.

     Оксид кальцію  СаО, що вводиться до складу глазурі з доломітом, крейдою, мармуром, знижує схильність глазурі до «Цеку», утворює з кремнеземом міцні з'єднання, надає глазурі блиск, еластичність; при введенні більше 15% СаО сприяє кристалізації глазурі. Оксид магнію MgO, що вводиться до складу глазурі у вигляді доломіту і магнезиту, збільшує блиск і білизну глазурі, знижує їх схильність до «Цеку». Оксид натрію, що вводиться в глазур у вигляді польового шпату, пегматиту, соди, бури, - сильний плавень, який зменшує в'язкість розплаву, знижує міцність, термостійкість, хімічну стійкість, підвищує ТКЛР глазурі. Оксид калію К2О, що вводиться до складу глазурі з калієвим Пегматіти, поташом (вуглекислий калій), діє подібно оксиду натрію, але трохи слабше, підвищує в'язкість розплаву, помітно покращує блиск глазурі. Оксид літію Li2O, що вводиться до складу глазурі у вигляді сподумену Li2O • АlО3 • 4SiO2 або вуглекислого літію Li2CO3, знижує ТКЛР глазурі, підвищує її термостійкість і покращує розлив. Оксид стронцію SrO, що вводиться до складу глазурі у вигляді целестину SrSO4, діє як плавень, подібно оксиду кальцію знижує схильність до «Цеку», надає блиск, забезпечує хороший розлив і підвищує міцність глазурі. Оксид берилію ВЕО, що вводиться в глазур у вигляді берилові концентрату 3ВеО • Аl2О3 • 6SiO2 з вмістом 12-14% оксиду берилію, підвищує термостійкість, електричний опір, покращує розлив і блиск глазурі. Оксид берилію токсичний. Оксид свинцю РЬО, що вводиться до складу глазурі у вигляді сурику РЬ3О4 і глету РЬО2 - сильний плавень, який сприяє хорошому розливу глазурі, але значно знижує її твердість, робить глазур розчинної в кислотах. Оксид свинцю токсичний. Оксид барію ВаО, що вводиться в глазур у вигляді вугіллі кислого барію ВаСО3, підсилює блиск і міцність глазурі, підвищує її хімічну стійкість, особливо до органічних кислот, знижує температуру плавлення і стійкість до «Цеку». У з'єднаннях оксид барію отруйний. Оксид цинку ZnO, що вводиться до складу глазурі з вмістом ZnO 98,5%, надає глазурі блиск, знижує її хімічну стійкість. В якості фарбувальних компонентів до складу глазурі вводять: оксиди міді, хрому, нікелю, марганцю і кобальту, селенокадміеві пігменти, оксид заліза та інші речовини. Оксид міді СuО, використовуваний для отримання зеленого і синьо-зеленого кольорів, являє собою порошок чорного кольору, нерозчинний у воді. За своєю легкоплавкості аналогічний оксиду свинцю. У природі зустрічається у вигляді мінералу телоріта СuО. Оксид міді отримують прокалюванням мідних стружок. Оксид хрому Сr2О3 - зелений барвник. У природі Сr2О3 зустрічається у вигляді мінералу - хромистого залізняку FeO • Сr2О3, що представляє собою тугоплавкий кристалічний порошок зеленого кольору.

     Оксид нікелю NiO - порошок жовто-зеленого кольору, нерозчинний у воді; його використовують для отримання коричневих тонів. Оксид марганцю МnО надає глазурі коричневий, фіолетовий і рожевий кольори; являє собою чорний порошок, одержуваний нагріванням мінералу пиролюзита МnО2 • nН2О. Оксид кобальту СоО, що надає глазурі синій колір різних відтінків, являє собою порошок чорного кольору, який розчиняється в соляній та азотної кислотах. СоО отримують шляхом прожарювання азотнокислого кобальту Co(NO3)2. Селенокадміеві пігменти надають глазурі колір від оранжевого до яскраво-червоного. Отримують їх прожарювання суміші вуглекислого кадмію, сірки і селену при температурі 450 ° С. При цьому виходить твердий розчин сірчистого і селениста кадмію. Оксид заліза Fe2O3, що надає глазурі колір від жовтого до коричневого, являє собою червоний порошок, нерозчинний у воді. У природі зустрічається у вигляді різних руд. Отримують його шляхом нагрівання відмінних солей заліза, зазвичай залізного купоросу FеSO4 • 7Н2О.

    1.4 Матеріали для декорування фарфорового і фаянсового посуду

    Матеріалами для декорування кераміки є керамічні фарби, препарати дорогоцінних металів, люстри. Керамічні фарби - це забарвлені мінеральні сполуки металів з кварцом, польовим шпатом, каоліном або з керамічними масами і глазурями, образованниe в результаті взаємодії при високих температурах. Інтенсивність і колір фарби залежать від температури випалу. Фарбувальними речовинами (барвниками) в керамічних фарбах є пігменти. Пігменти - високодисперсні порошки різного кольору, не розчиняються у воді і сполучних веществax. За походженням пігменти бувають природні і штучні. Природні пігменти отримують механічною обробкою (подрібненням, відмочуванням) яскраво забарвлених руд, кольорових глин та інших природних порід. Штучні неорганічні пігменти отримують прокаливанием солей, оксидів або гідрооксидів відповідних металів або спільним осадженням гідрооксидів вуглекислих солей з наступним прожарюванням опадів, а також сплавлением солей і прожарювання суміші. Крім пігментів (барвників) керамічні фарби містять флюси. Флюси - спеціальні легкоплавкі скла - вводять до складу керамічної фарби для закріплення барвника в процесі випалу на поверхні глазурі і для додання фарбі блиску.

     Керамічні  фарби повинні відповідати таким  основним вимогам:

· Бути стійкими до впливу високих  температур в процесі випалу і  до розчинювальній дії флюсів і глазурі;

· Володіти високою стойкocтью до впливу світла і агресивного середовища;

· Легко наноситися на керамічні  вироби, не проявляти токсичних властивостей в процесі експлуатації.

    Керамічні фарби  поділяють на дві групи: надглазyрниe та підглазурні. Надглазурні фарби - це суміш пігментів з флюсами. Фарби для надглазурная декорування закріплюються на виробах при температурі 720-860 ° С. До складу флюсів входять кремнезем, глинозем, кварц, польовий шпат, пегматит, каолін, крейда або мармур і речовини, що знижують температуру плавлення фарби: сода, поташ, свинцеві сполуки, борна кислота, борати та ін Речовини, що знижують температуру плавлення фарби, за винятком свинцевих з'єднань, розчинні у воді, частково сприймають вологу з повітря. Тому такі шихти необхідно фріттовать, тобто попередньо плавити. Склад флюсу повинен бути строго узгоджений з складом глазурі так, щоб збігалися їхні температурні коефіцієнти лінійного розширення. Інакше фарби після випалу будуть давати «цек» (дрібні тріщини). Флюс не повинен діяти руйнівно на барвник; для кожної фарби підбирають свій флюс, який відповідає властивостям фарби. Сині пігменти отримують з оксиду кобальту Со2О, і вуглекислого кобальту СоСО3. Вводячи до складу пігменту різну кількість оксиду цинку ZnO, глинозему А12О3 і інших оксидів, отримують різні колірні відтінки. На чистоту кольору впливають сторонні домішки. Так, наприклад, оксид нікелю дає коричневий відтінок, оксид заліза - зеленуватий, марганцю - фіолетовий і т. д. Зеленим пігментом служить тривалентний хром Сг2О3. Різні відтінки отримують при додаванні MgО, А12О3, CaO, ZnO та ін На отримання зеленого фарбування виробів впливає стан газового середовища печі під час випалювання. Відновлювальна середу сприяє утворенню зеленого кольору, при окислювальному середовищі Сr2О3 переходить в СrО3 і шестивалентний хром Cr +6 сприяє помаранчевому фарбуванню. Основу жовтих фарб складають оксиди сурми Sb2O3, титану ТiO2, урану UO2, хромовокіслого свинець РbСrО4. Для додання різних відтінків цим фарбам в них вводять оксиди заліза, цинку, нікелю, борні з'єднання та ін.

     Для додання  червоного кольору надглазурним фарбам використовують головним чином оксид заліза Fe2O3, крім того, може бути використаний хромовокіслого свинець РbСrО4 і селенокадміевие з'єднання CdS, CdSe. Для отримання різних відтінків (від оранжево-червоного до фіолетово-червоного) до Fe2O3 додають А12О3, ZnO, Сr2О3, Mn2O3, каолін та ін Зміни кольору та інтенсивності відтінків залежать від температури випалу та тривалості прожарювання пігментів. Залізовмісні пігменти при впливі температури понад 1000 ° С нестійкі. При використанні селенокадміевих сполук різні відтінки фарби залежать від співвідношення CdS і CdSe. При меншому вмісті CdSe виходить жовтий відтінок, при більшому - червоний. Пурпурові пігменти (пурпури) представляють собою оксиди гідрооловянной кислоти, магнію, алюмінію і т.д., пофарбовані частинками тонкодисперсного металевого золота або тонкодисперсного оксиду золота Au2O (фіолетовий колір) у присутності оксиду срібла Ag2O (темно-бурий колір). Із збільшенням кількості Ag2O фарба набуває карміновий колір, а при його зменшенні - пурпуровий. Для отримання пурпурових фарб до пігментів додають флюси, що містять багато лугів і порівняно невелика кількість свинцю.